气压传动与控制试卷A答案2010

华中科技大学机械科学与工程学院

2009 ——2010 学年度第一学期

《气动控制技术》考试试卷（A卷）答案

（考试时间：150分钟考试方式：开卷）

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考试内容

一．判断题(每题2分，共20分)

1．气体的膨胀性是指气体的体积随温度、压力变化而变化的特性。（X）2．不计粘性的气体为理想气体。（√）3．空气中水蒸汽的密度可用绝对湿度来表示。（√）4．在超声速流动时，气体的流速随管道截面积的增大而增大。（√）5．容器中的气体通过节流小孔向大气排放，容器中压力变化，则气体流速变化。（X）6．气源温度与气罐中初始温度相同，气源向气罐充气（设充气过程为绝热过程）后，气罐内气体温度最高不能超过为初始温度（绝对温度）的1.4倍。（√）7．绝热放气过程的温度和压力的计算公式与绝热膨胀过程的温度和压力的计算公式相同，所以绝热放气过程可看作绝热膨胀过程的特例。（X）8．气动系统对压缩空气的要求是：具有一定的压力和足够的流量。（X）9．空压机的流量是指空压机输出的压缩空气量。（X）10．气动系统都要用气动三大件。（X）

二．选择题（每题2分，共10分）

1．高温让人感觉干燥是因为空气的（ c ）小。

a ．绝对湿度

b ．饱和绝对湿度

c ．相对湿度

d ．含湿量 2．气动系统中常用的压力控制阀是（ a ）。 a ．减压阀 b ．溢流阀 c ．顺序阀 3．冲击气缸工作时，最好没有（ d ）。

a ．复位段

b ．冲击段

c ．储能段

d ．耗能段 4．用（ d ）逻辑元件，能实现所有逻辑运算 a ．与门 b ．或门 c ．非门 d ．或非

5．亚声速流动中，流动截面变小，气体的压力（ b ）。 a ．变大 b ．变小 c ．不变 d ．不定

三．简答题（每题5分，共10分）

1．为何不同的气动设备可以由统一的空压站集中供气？不同的液压设备需要配置专用的液压站？（5分）

答：空气具有可压缩性，便于能量的存储；空气的粘度很小，即使远距离输送，空气在管道中的压力损失也很小；常用的气动设备工作压力大致相同，都小于1MPa ；空气被压缩后必需进行净化、降温、稳压等处理；所以应采用空压站集中供气。另外，空压站中的装置和设备大多包含有压力容器，从安全角度考虑，这些设备必须与生产设备分离，单独布置，远距离送气。集中供气能节省投资成本、便于安排专人日常管理和维护、便于提高压缩空气的质量和流量稳定性、减少主厂区噪声污染。

用同一个液压站给不同液压设备供油，如果用溢流阀调压，则只能有一台设备工作，如果用减压阀或顺序阀调压，则能量损失大。另外液压油粘性较空气大，远距离输送损失大。

2．为何气动系统中不用调速阀精确调节气缸的运动速度？（5分）

答：在液压系统中液压油为不可压缩流体，液压缸的运动速度v 表示为：A q v / 。其中：q 为进入液压缸的流量；A 为液压缸的作用面积。由于液压缸的作用面积A 不变，因此，液压系统中采用调速阀控制进入液压缸的流量q ，就能直接控制液压缸的运动速度。

气动系统中压缩空气通过流量控制阀时也可视为不可压缩流体（压缩空气流速低于100m/s时，其密度变化小于5％），气动流量控制阀也能控制通过的压缩空气流量q。但是，气缸的运动是由气缸进、排气两腔的压力差作用于活塞产生的加速度引起。气动流量控制阀控制的气缸进、排气流量只是影响气缸进、排气腔压力变化的因素之一。气缸两腔的体积变化同样能改变气缸两腔的压力，气缸两腔的体积随气缸活塞的运动而变化。因此，在气动系统中，即使不考虑摩擦力、外负载变化、气体的运动速度和活塞获得的动能、气体泄漏等因素，而且假定用流量控制阀能控制的稳定的进、排气流量，但是气缸的运动速度仍然随活塞的位置而变化。这也是气动系统中只有节流阀而没有调速阀的原因。

四．设计计算题

1．设计一个气动回路控制气缸动作，其控制要求如下：每按一次启动按钮，能控制气缸往复动作一次；能控制气缸双向的运动速度；气缸前进到底前，能缓冲；要求进行消声处理。（10分）

2．用气动逻辑元件和气动方向控制阀分别实现两个逻辑信号的“异或”运算，要求画出控制线路图。（10分）

3．单活塞杆双作用气缸内径D ＝100mm ，活塞杆直径d ＝32mm ，工作压力p ＝0.5MPa ，负载率η＝0.5。求该气缸的推力和拉力。（10分）

解：气缸推力

ηπ

p D F 24

＝推

()

5.0105.0101004

62

3⨯⨯⨯⨯⨯=

-π

＝1963.5（N ） 气缸拉力

()

ηπ

p d D F 22

4-＝

拉

(

)

5.0105.010321004

6622⨯⨯⨯⨯-⨯=

-π

＝1762.4（N ）

4．计算标准状态（温度293K，压力0.1013MPa，相对湿度为65%）的湿空气的密度。（方法不限，10分）

解：1.198Kg/m3。

5．设计气动行程程序[A1B1B0A0]。设计方法不限，要求写出设计过程和步骤，绘出控制逻辑原理图或气路图。（20分）

解：

一．判断题

基准状态下空气的密度为常数。

温度和压力确定的湿空气的密度为常数

气体的压缩性指气体的体积随压力变化而变化的性质。

气体的膨胀性指气体的体积随温度变化而变化的性质。

不计粘性的气体为理想气体。

空气中水蒸汽的密度可用绝对湿度来表示。

相对湿度表示湿空气中水分析出的趋势。

气体流速达到声速时称为临界流动。

在亚声速流动时，气体的流速随管道截面积的增大而减小。

在超声速流动时，气体的流速随管道截面积的增大而增大。

气体通过节流小孔排气，其流速有最大值。

气源温度与气罐中初始温度相同，气源向气罐充气后（设充气过程为绝热过程），气罐内气体温度最高为初始温度的1.4倍。

虽然绝热放气过程的温度和压力的计算公式与绝热膨胀过程的温度和压力的计算公式相同。但是，绝热放气过程与绝热膨胀过程有本质上的区别。

气动系统中，若压力不变，气体温度上升不一定导致体积膨胀。

气动系统对压缩空气的要求是：具有一定得压力和足够的流量，并具有一定的净化程度。空压机的流量是指输入空压机的自由空气量。

气动三大件的顺序是分水滤气器、减压阀、油雾器。